风冷是以低温空气为介质,利用热的对流,降低电池温度的一种散热方式,分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。该技术利用自然风或风机,配合汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,在早期的电动乘用车应用广泛,如Nissan Leaf、KIA Soul EV等,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。
风冷的基本原理图如下:
风冷原理示意图
KIASoul EV风冷路径
液冷
液体冷却技术通过液体对流换热,将电池产生的热量带走,降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快,对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著,同时,热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活: 可将电池单体或模块沉浸在液体中,也可在电池模块间设置冷却通道,或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时,液体必须保证绝缘( 如矿物油) ,避免短路。同时,对液冷系统的气密性要求也较高。此外,就是机械强度,耐振动性,以及寿命要求。
液冷是目前许多电动乘用车的优选方案,国内外的典型产品如BMWi3、TESLA、Volt、之诺、吉利帝豪。
液冷的基本原理图如下:
液冷基本原理图
VOLT的冷却液为乙二醇溶液,每个软包电芯大面冷却,并行流道、紧凑性性、成本较低。
GMVOLT冷却2D图
GMVOLT 5并联冷却通道
与GM VOLT的并行流道相比,TESLA的液冷采用串行流道,冷板安装于电池间隙,这个设计的结构设计难度较大,同时,蛇形冷板在较大程度上增加了液冷系统的压力损失。
TESLA液冷结构2D示意图
TESLA液冷结构3D示意图
TESLA液冷结构实体图
GMVOLT 和TESLA的冷却方式的对比
直冷
直冷是利用相变材料(phase change material,PCM)巨大的蓄热能力,PCM 作为电池热管理系统时,把电池组浸在PCM 中,PCM 吸收电池放出的热量而使温度迅速降低,热量以相变热的形式储存在PCM 中,在充电或很冷的环境下工作时释放出来,其基本的思路如下:
直冷基本原理图
直冷方案示意图
目前通过直冷的冷却方式基本在电动乘用车上,最典型的如BMW i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)。
BMW i3直冷结构
直冷冷却的优点在于;
(a). 冷却效率比液冷高出3~4倍;
(b). 更能满足快充需求;
(c). 结构紧凑;
(d). 潜在地降低了成本;
(e). 避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动